共軛聚合物“電子舌”檢測(cè)四環(huán)素類抗生素

摘要：通過(guò)將6 種共軛聚合物（CPs）與水性聚氨酯（WPU）物理共混，制備了WPU 包覆的熒光傳感陣列，用以檢測(cè)水中的四環(huán)素類抗生素（TCs）。WPU 與CPs 共混后制備的薄膜陣列形狀規(guī)則，熒光亮度高且穩(wěn)定。WPU 基體在溶脹后，存在泡孔狀的孔道結(jié)構(gòu)，增大了附著于其中的CPs 與水中待測(cè)物TCs 的接觸概率，增強(qiáng)了陣列的熒光響應(yīng)。通過(guò)相機(jī)捕捉檢測(cè)前后的熒光照片，并提取照片的紅綠藍(lán)（RGB）值，獲得了18 維向量數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)主成分分析（PCA）和線性判別分析（LDA）等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該熒光傳感陣列具有良好的區(qū)分不同結(jié)構(gòu)TCs 的能力，LDA 模型的分析預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度可達(dá)100%。這種WPU 包覆CPs 的熒光檢測(cè)陣列具有制備便捷、成本低和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可望作為環(huán)境檢測(cè)中的“電子舌”，檢測(cè)并甄別水體中的污染物如四環(huán)素類抗生素。

關(guān)鍵詞：共軛聚合物；水性聚氨酯；熒光傳感陣列；四環(huán)素類抗生素；環(huán)境監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：O621.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

四環(huán)素類抗生素（Tetracyclines，TCs）是一類對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌均具有抗菌效果的廣譜抗生素，因其高效、低成本等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于人和動(dòng)物的抗菌治療以及作為飼料生長(zhǎng)促進(jìn)劑[1-5]。然而，對(duì)TCs 的過(guò)度使用導(dǎo)致它們?cè)谧匀画h(huán)境中不斷積累，這些殘留物最終會(huì)通過(guò)水和食物進(jìn)入人體，危害人類健康[6]。更為嚴(yán)重的是，殘留物還可能促進(jìn)細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性，從而破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡[7]。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)單有效的用來(lái)檢測(cè)環(huán)境和食物中殘留的TCs 的方法具有重要意義。

目前，已有多種策略用來(lái)檢測(cè)TCs，如高效液相色譜-質(zhì)譜[8-9]、表面增強(qiáng)拉曼散射[10-11]、抗菌篩選實(shí)驗(yàn)[12] 和酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)等[13]。然而，這些方法往往需要繁瑣的樣品前處理步驟，以及精密昂貴的儀器和專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技能，不便于常規(guī)的食品安全檢測(cè)。熒光傳感陣列作為一種替代方法，由于其靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。用于水體檢測(cè)的熒光傳感陣列又稱為“電子舌”，就像舌頭一樣，分布著眾多“味覺受體”傳感單元。當(dāng)品嘗食物時(shí)，所有的傳感單元均與分析物相互作用，并輸出多維數(shù)據(jù)，經(jīng)“大腦”分析處理后得到食物的獨(dú)特“味道”。結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，熒光傳感陣列在高通量檢測(cè)方面表現(xiàn)非常出色，可以區(qū)分具有相似結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分析物。目前，用于檢測(cè)四環(huán)素類抗生素的傳感器類型主要有碳量子點(diǎn)[7]、金屬有機(jī)框架[14]和金納米粒子[15] 等。然而，其中一些探針制備過(guò)程復(fù)雜、重金屬毒性大、成本高。因此，開發(fā)制備過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低廉、發(fā)光性能優(yōu)異、環(huán)境友好的熒光探針對(duì)于TCs 的高效檢測(cè)非常重要。

本文采用負(fù)載在石英片上的水性聚氨酯（WPU）包覆共軛聚合物（CPs）的方法[16-17]，制備了熒光“電子舌”，用以檢測(cè)水體中的TCs，拓展了熒光傳感陣列的應(yīng)用范圍。其中，CPs 具有優(yōu)異的光捕捉能力、光穩(wěn)定性和光傳感信號(hào)放大效應(yīng)，已被廣泛應(yīng)用于光電、生物成像和傳感等眾多領(lǐng)域。絕大多數(shù)CPs 是疏水性的，將它們用于水相成像或者傳感時(shí)需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾。WPU 是一種常用的雙親性材料，可以為疏水的CPs 與水體中的待測(cè)物（如本文中的TCs）搭建橋梁。該熒光傳感陣列只需要用365 nm紫外燈和常用的數(shù)碼相機(jī)（或者智能手機(jī)）就能激發(fā)和捕捉熒光信號(hào)變化，極大地提高了檢測(cè)便捷性，降低了檢測(cè)成本，有望檢測(cè)并甄別水體中的TCs 污染物。